Вчені «розсунули» межі Сонячної системи

Найвіддаленішою гіпотетичною межею Сонячної системи вважається хмара Оорта. Цей регіон знаходиться від нас на відстані трохи більше одного світлового року. Нова математична модель двох американських учених показала, що насправді наша система сягає набагато далі, ніж передбачалося. Вони виявили дуже далеку область простору, де космічні об’єкти теоретично можуть зазнавати гравітаційного впливу нашої зірки. Якщо передбачення виявиться вірним, науковій спільноті, ймовірно, доведеться переглянути межі Сонячної системи.

Багато фахівців вважають, що межа Сонячної системи закінчується там, де гравітаційний вплив нашої зірки на космічні тіла стає меншим, ніж гравітаційний вплив інших світил. Простір навколо астрономічного об’єкта (Сонця, інших зірок, планет і супутників), в якому він здатний утримувати менші тіла, називають Сферою Хілла.

У разі нашого світила Сферою Хілла вважають гіпотетичну хмару Оорта, точніше – зовнішню її частину. Це щільна сфера з трильйонів крижаних уламків, які оточують Сонце на відстані трохи більше одного світлового року. Чому гіпотетичне? Поки що вчені не підтвердили його природу за допомогою спостережень, проте багато непрямих фактів вказують на те, що хмара Оорта дійсно існує.

Дослідники давно намагаються визначити межі Сонячної системи, зрозуміти на якій саме відстані наше світило перестає впливати на інші об’єкти своєю гравітацією.

Американський математик Едвард Белбруно (Edward Belbruno) з Ієшіва-університету в Нью-Йорку і колишній головний науковий співробітник NASA Джеймс Грін (James Green) спробували встановити дальність гравітації Сонця за допомогою комп’ютерних експериментів.

Вчені змоделювали нашу зірку, а також навколишній простір і з’ясували, що на відстані 3,81 світлового року від нас існує район, де космічні об’єкти можуть зазнавати гравітаційного впливу Сонця. Це набагато далі, ніж зовнішня частина гіпотетичної хмари Оорта. Про результати своєї роботи дослідники розповіли у статті, опублікованій на сайті електронного архіву препринтів arXiv.

Розрахунки Белбруно і Гріна показали, що між Сонцем і центром Галактики є область, яка чимось нагадує точки Лагранжа. Ці точки розташовані у системі, що складається з двох масивних тіл, у площині орбіт яких лежать області рівноваги, де відчувається гравітаційний баланс. Мале тіло, що потрапило в таку точку, перебуватиме в нерухомому стані щодо першого і другого тіл, оскільки притягуватиметься з однаковою силою як до першого, так і другого об’єкта.

Крапки Лагранжа можна знайти в нашій Сонячній системі: наприклад, є точка Лагранжа L2 системи «Сонце — Земля». Там гравітаційне тяжіння Землі та Сонця вчені використовують для утримання космічних апаратів на кшталт орбітальної обсерваторії «Джеймс Вебб». Це дозволяє телескопу залишатися нерухомим, зберігаючи паливо для інших цілей.

Математична модель, яку Белбрун і Грін застосували у дослідженні, допомогла виявити два регіони у сфері простору, у яких об’єкти поводяться спершу як у точках Лагранжа, та був різко змінюють напрями свого руху. У цих районах гравітаційні сили Сонця та Чумацького Шляху взаємодіють один з одним, але на якомусь етапі гравітація нашого світила виявляється сильнішою і змушує космічні тіла виходити на незвичайну орбіту навколо зірки.

За словами дослідників, об’єкти, які потрапили в цю область, спершу рухатимуться еліптичною орбітою, але згодом їхня орбіта почне змінюватись і стане схожою на безліч Мандельброта — фрактальний візерунок із нескінченними симетричними завихреннями та формами. По суті ці тіла залишаться на новій орбіті вічно, не будуть викинуті назад в міжзоряне простір і не зіткнуться з Сонцем.

Щоправда, модель припустила, що їх може «вибити» гравітаційний вплив найближчої до Сонця зірки — червоного карлика Проксима Центавра, розташованого лише за 4,2 світлового року від нас.

Автори наукової роботи зазначили, що ця галузь дуже цікава з наукового погляду, оскільки може стати пасткою для певного типу об’єктів на зразок планет-сиріт або міжзоряних комет та астероїдів, таких як Оумуамуа. На думку вчених, передбачений математичною моделлю регіон варто вивчити за допомогою потужних телескопів, наприклад, ширококутного оглядового телескопа-рефлектора обсерваторії Віри Рубін, яка запрацює у 2025 році.

Якщо наукові інструменти виявлять у цій галузі захоплені «гравітаційними лещатами» Сонця планети-сироти, комети чи астероїди, значить, припущення Белбруно та Гріна виявиться вірним — і гравітаційний вплив нашої зірки поширюється набагато далі, ніж вважалося раніше. У разі гіпотетичні межі Сонячної системи необхідно переглянути.